벤츠_3륜자동차

목차

1. 제작자: 칼 벤츠(Karl Friedrich Michael Benz, 1844~1929)

2. 최초의 휘발유 자동차 Patent Motorwagen 탄생

1) 개요(1885년 Patent Motorwagen)

2) 상세내용

3) 개요(1886년 Patent Motorwagen)

3. 벤츠의 네 바퀴 자동차-스티어링 해결

본문내용

서 이렇게 고민하고 있는 중입니다.”
이런 벤츠의 설명을 듣고 에밀 로저는 관심을 가지고 방법을 찾게 된다. 그렇게 에밀과 벤츠는 헤어지게 되었고 향후 에밀은 지금까지도 쓰이게 되는 애커먼 스티어링의 기초가 되는 자료를 찾아 내게 된다.
이 후 에밀로저는 벤츠에게 우편물을 하나 보내게 되는데 에밀 로저가 벤츠에게 보내온 내용물에는 바로 4륜차의 기본 토대가 되는 애커먼 장토식에 대한 내용이었다. 이것은 바로 향후 벤츠에 의해 ‘애커먼 스티어링’으로 발전이 된다. 스티어링 즉 조향 장치(Steering System)는 자동차의 진행방향을 운전자가 운전대(조향휠)을 돌려 자유로이 바꾸는 장치이다. 조향장치는 앞차축이나 앞바퀴 정렬과는 밀접한 관계가 있으며 자동차 주행의 안전상 브레이크장치와 함께 매우 중요한 기구이다.
< 현재 보편적으로 사용되고 있는 스티어링(조향장치, steering System)의 구조도 >
에밀 로저는 벤츠의 공장에서 벤츠의 고민을 듣고는 바로 프랑스로 넘어가 벤츠에게 도움이 될만한 여러가지 자료를 찾아본 결과 1816년에 게오르그 랑켄 스피거과 루돌프 애커먼이라는 사람이 받은 애커먼 장토식(Ackerman Jantoud Type) 이라는 특허에 주목하게 된다.
특허의 전개과정은 다음과 같다.
게오르그 랑겐 스퍼거와 그의 부인이 길을 걷다가 방앗간을 지나게 되었는데 방앗간의 물레방아를 스치듯 바라보던 스퍼거는 물레방아의 기어와 그 기어에 의해 방아를 찧는 절구를 유심히 바라보았고 그렇게 집에 돌아온 스퍼거는 다음 날 일어나자마자 어제 생각하던 것을 다시 고민하였고 어느 순간 생각한 것을 그림으로 그리기 시작했다. 그가 고민하고 그린 그림이 바로 현대 자동차 핸들의 시조가 되는 그림이었다.
1800년대 초기의 마차와 증기 자동차에는 좌우의 앞바퀴가 같은 차축에 붙어있어, 이 차축을 좌우로 선회시킴으로써 진행방향을 바꾸려 했다. 하지만 마차는 구동력이 앞차축에 직접 전해지는데 반해, 증기 자동차는 뒤차축으로 구동하는 것이 많았기 때문에 많은 불편함과 문제점이 있었다. 그 중 하나가 바로 증기자동차가 선회할 때 옆방향으로 미끄러지거나 조향휠을 회전시킬 때 큰 저항이 발생한 것이었다. 그래서 개발된 것이 오늘날 자동차와 같이 앞바퀴의 차축을 좌우 따로따로 만든 것이다.
게오르그 랑켄 스피거는 당시 이런 문제점을 파악하고 각각의 바퀴가 하나의 동심원을 그리며 선회하도록 하여야 한다고 생각했다. 그리하여 물레방아의 기어를 이것에 접목하여 연구한 결과 현재까지도 이와 같은 원리를 기초로 쓰이고 있는 것을 만들어 낸 것이다.
이러한 애커먼 장토식 조향 장치의 조향 원리는 선회하는 안쪽바퀴의 조향각이 바깥쪽 바퀴의 조향각보다 크게 되어 뒤차축 연장선상에 일치하는 중심점이 생기는 것을 말한다.
< 자동차를 직진상태로 하였을 때 킹핀과 타이 로드 엔드(Tie Rod End)와의 중심을 잇는 선의 연장선 A와 B가 뒤차축의 중심점 P에서 만나게 되어 있으며 이와 같이 하면 조향 휠을 돌렸을 때 타이로드의 작용으로 양쪽 바퀴의 너클 스핀들 중심의 연장선 C와 D가 뒤차축의 중심선과 O점에서 만나게 된다. 따라서 앞바퀴는 어떤 선회상태에서도 중심이 일치되는 동심원을 그리게 되는 것이다.>
쉽게 설명을 하자면 방향을 바꿀 때 앞 타이어의 정렬인데 앞으로 직진을 할때에는 앞 타이어는 평행하게 서로를 바라보아야 하지만 좌우로 방향을 선회할 때의 앞 타이어는 선회하는 방향 안쪽의 타이어가 바깥쪽의 타이어보다 더 선회하는 방향으로 틀어져야 한다. 바로 이것의 정확한 각도를 측정한 것이 바로 애커먼 장토식이고 이 애커먼 장토식을 향후 벤츠가 개발한 빅토리아의 스티어링에 적용하여 앞 차축이 방향을 선회해도 안정적으로 움직일수 있도록 한 스티어링이 바로 애커먼 스티어링인 것이다.
< 현재F1 그랑프리에 출전하는 머신에도 애커먼 장토식과 유사한 이론을 접목하고 있다.>
한편 구상했던 것을 그림으로 완성시킨 스퍼거는 뛸듯이 기뻐하며 그림을 가지고 특허신청을 하려 했지만 그렇게 하지 못했다. 이유는 너무나도 가난해서 특허를 신청할 비용이 없었던 것이었다.
그런 스퍼거로부터 설계도를 매입한 루돌프 애커먼(Rudolph Ackerman, 1764년 4월 20일1834년 3월 30일)은 설계도를 가지고 자신의 이름으로 1816년에 특허를 냈다. 당시 발명가이자 출판사를 운영했던 루돌프 애커먼은 특허를 받고나서 곧 그 제작권을 팔아 큰 돈을 벌수 있었다. 당시 애커먼식 핸들은 당시 바퀴 양쪽 안에다 끈을 달아 자전거 핸들 모양의 쇠막대기에다 연결하여 방향을 바꾸었던 방식이었다. 이렇게 세상에 발명된 애커먼 장토식이었으나 이것은 기계적인 힘을 이용해서 동작하는 기계식 핸들로서 사람의 힘으로 돌려야 하므로 증기 자동차처럼 엄청난 무게의 차에서 방향을 회전할 때 운전자 역시 엄청난 힘을 써야 했다.
이것을 향후 프랑스 기술자 찰스 장토(Charles Jantaud)가 둥근 핸들로 만들어 실용화 하였으나 역시 기계식 핸들의 한계를 벗어나지 못했다. 이러한 기계식 핸들은 반자동식 핸들이 등장하면서 핸들의 역사에서 점차 사라지게 되었다. 반자동식은 1946년 벤츠회사가 개발한 유압식 자동문의 원리를 이용해1952년 미국의 크라이슬러 자동차회사가 파워 스티어링이라는 반자동식 핸들을 만들어 내게 된다.
이렇게 애커먼 장토식을 이용한 벤츠는 1893년에 애커먼 스티어링이 장착되고 1기통 2,915cc 5마력의 엔진으로 시속35km를 내는 빅토리아를 개발하게 된다. 애커먼 스티어링을 적용하여 벤츠는 고속에도 안정적으로 선회가 가능한 4륜 자동차를 만들 수 있었다.
빅토리아는 영국에도 출시를 하였는데 출시하자마자 좋은 반응을 보였고 빅토리아의 주문이 쇄도하자 곧 양산 체제에 돌입하게 되었다.
1893년 칼 벤츠는 애커먼 스티어링에서 더 진보된 액슬 피벗 스티어링을 개발하게 되었고 Benz & Co.는 이것을 이용하여 1894년에 시속 21km를 낼 수 있는 벨로(Velo)를 출시하게 된다. 빅토리아의 성공적인 양산체제에서 벨로(Velo)의 양산체제로 바뀌게 되고 이로 인하여 벤츠는 엄청난 판매량을 기록하게 된다.

키워드

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